JP2841847B2

JP2841847B2 - 楽音合成装置

Info

Publication number: JP2841847B2
Application number: JP2310240A
Authority: JP
Inventors: 英之増田
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1990-11-16
Publication date: 1998-12-24
Anticipated expiration: 2013-12-24
Also published as: JPH04181296A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」この発明は、吹奏楽器等の楽音を電子的に合成する際
に用いて好適な楽音合成装置に関する。

「従来の技術」自然楽器の発音メカニズムをシミュレートすることに
より得られたモデルを動作させ、これにより、自然楽器
の楽音を発生する楽音合成装置が知られている。そし
て、管体のシミュレーションは、管体を記述するウェー
ブガイドデジタルフィルタによる線形回路と非線形回路
により実施されてきた（特開昭63−40199号等）。

「発明が解決しようとする課題」ところで、上述した従来の楽音合成装置においては、
奏者の口から管体までのシミュレーションしか行なわれ
ておらず、奏者の口内や声道などへ伝播する波動が与え
る影響については無視されていた。したがって、実現の
楽器の挙動と食い違いを生じ、再現性が悪いという問題
があった。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであ
り、実現に極めて近い管楽器演奏の表現力を得ることが
できる楽音合成装置を提供することを目的とする。

「課題を解決するための手段」上述した課題を解決するために、本発明は、少なくと
も口腔および声道のいずれか一方の形状をシミュレート
する第１のウェーブガイドネットワークと、少なくとも
吹奏楽器のマウスピースおよびリードのいずれか一方を
シミュレートし、前記第１のウェーブガイドネットワー
クに縦続的に接続される第２のウェーブガイドネットワ
ークと、管楽器の管体をシミュレートし、前記第２のウ
ェーブガイドネットワークに縦続的に接続される第３の
ウェーブガイドネットワークとを具備し、前記第１のウ
ェーブガイドネットワークに励振信号が供給され、前記
第１のウェーブガイドネットワークの出力及び前記第３
のウェーブガイドネットワークの出力は前記第２のウェ
ーブガイドネットワークへ入力され、前記第２のウェー
ブガイドネットワークは、前記第１及び第３のウェーブ
ガイドネットワークの出力を用いて処理を施し、当該処
理の結果を前記第１及び第３のウェーブガイドネットワ
ークに出力することを特徴とする。

また、本発明は、前記第１のウェーブガイドネットワ
ークの特性を演奏情報に基づいて可変にする可変手段を
更に具備することを特徴とする。

「作用」上記構成によれば、各ウェーブガイドネットワークの
間で相互に信号のやりとりが行われるため、口腔／声道
とマウスピース／リードと管楽器の管体との各間で相互
に影響を与えあうという現象を忠実にシミュレートする
ことができる。

「実施例」以下、図面を参照し、本発明の実施例を説明する。

（１）実施例の構成第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図
である。図において、１は鍵盤であり、白鍵および黒鍵
から構成されている。２は、操作パネルであり、楽音の
音色を制御するための各種パラメータが設定できるよう
になっている。CPU（中央処理装置）３は、所定のプロ
グラムを実行し、電子楽器の各部を制御する。テーブル
ROM4には、CPU3の動作プログラムと、後述する楽音合成
回路７に与える係数などが記憶されている。また、RAM
（ランダム・アクセス・メモリ）５は、CPU3による演算
時の一時記憶領域として用いられる。６は各種操作を行
うための操作子であり、操作に応じた制御信号がCPU3に
供給されるようになっている。楽音合成回路７は、自然
楽器をシミュレートする回路により構成され、CPU3の制
御の下に楽音信号を合成する。８はサウンドシステムで
あり、楽音合成回路７が出力する楽音信号に基づいて、
スピーカ９を鳴動させる。

次に、上述した楽音合成回路７について第２図に示す
ブロック図を参照して説明する。この図において、楽音
合成回路７は、クラリネットなどの管楽器の管体、管楽
器のマウスピースおよび口腔，声道をシミュレートした
閉ループ回路によって構成されている。すなわち、第２
図に示すように、口腔と声道をシミュレートする口腔声
道形成回路10、マウスピースおよびリードの状態をシミ
ュレートするマウスピースシミュレート回路11および管
楽器の管体部分をシミュレートする管体形成回路12から
構成されている。

マウスピースシミュレート回路11は、加算器15〜19、
乗算器20,21、ディレイ22および関数発生器23によって
構成されており、例えば、次のようなシミュレートを行
う。

ここでは、シングルリードの場合を例にとる。今、第
３図に示すように、マウスピースMP内の圧力をq,口内Ｍ
の圧力をｐとし、さらに、これらを次式に示すように２
つに分ける。

ｑ＝q_i＋q_o ……………（１）ｐ＝p_i＋p_o ……………（２）そして、管体部のの特性インピーダンスをZ_T、口腔内部
の特性インピーダンスをZ_Mとおくと、口と楽器の接続部
分の体積流量ｆは管体部と口腔部とで等しいので、ｆ＝（q_o−q_i）/Z_T＝（p_i−p_o）/Z_M……………（３）となる。これを変形して次式を得る。

q_o＝q_i＋Z_T・ｆ …………（４） p_o＝p_i−Z_M・ｆ …………（５）ここで、ｆはマウスピースの内圧と外圧の差Δｑの非線
形関数であり、ｆ＝Ｆ（Δｑ） ……………（６） Δｑ＝ｑ−ｐ ……………（７）となる。第２図に示すマウスピースシミュレート回路
は、上述した（１）〜（７）式を実現している。なお、
シミュレートの態様により、マウスピースシミュレート
回路11の回路構成は異なってくる。

ここで、第２図に示すマウスピースシミュレート回路
11と、上記（１）〜（７）式の関係を説明すると以下の
通りである。

上述のシミュレートによると、口腔声道形成回路10に
は信号p_oが供給されて信号p_iが出力され、また、管体形
成回路12には信号q_oが供給されて信号q_iが出力されるこ
とになる。すなわち、第２図に示すような入出力関係に
なる。したがって、加算器18の加算結果は、第（１）式
に対応し、加算器16の加算結果は第（２）式に対応す
る。そして、加算器17が第（７）式の演算（ｑ−ｐ）を
行い、この演算結果が、ディレイ22を介して関数発生器
23に供給され、ここで、第（６）式の演算が行われる。
次に、関数発生器23の出力信号は乗算器20によって係数
Z_Mが掛けられ、その後に加算器15に入力される。加算器
15においては、入力された信号とP_iしとが加算（代数加
算）され、これにより、第（５）式に示す演算が行われ
る。また、関数発生器23の出力信号は、乗算器21によっ
て係数Z_Tが掛けられた後に加算器19に入力される。この
加算器19においては、入力された信号に信号q_iが加算さ
れるから第（４）式に示される演算が行われることにな
る。以上がマウスシミュレート回路11の処理内容であ
る。

次に、管体形成回路12の構成について第４図を参照し
て説明する。図において、J_0T〜J_t-1Tは、各々ジャンク
ションであり、第６図に示す構成になっている。第６図
において25,26,27は、各々加算器であり、28,29は各々
乗算器である。乗算器28,29の係数は、各々a,bであり、
高さのないトーンホールの開状態をシミュレートしたと
きは、ａ＋ｂ＜２に設定され、高さのないトーンホール
の閉状態をシミュレートしたときは、ａ＋ｂ＝２に設定
される。また、第４図に符号SRとサフィックスで示すも
のは、各々シフトレジスタであり、各々のシフト段数が
CPU3によって制御されるようになっている。このシフト
段数の違いにより、シミュレートの態様が変化する。ま
た、第４図に示すLPF_Tは、管体終端のロスを近似するロ
ーパスフィルタであり、γ_Ｔは管体終端の反射係数であ
る。

次に、第５図を参照して口腔声道形成回路10の構成を
説明する。

第５図に示すJ_m-1M〜J_0Mは各々ジャンクションであ
り、前述のジャンクションと同様に第６図に示す回路で
構成されている。ただし、乗算係数は、鼻腔を考慮しな
い場合にはａ＋ｂ＝２に設定される。第５図において、
符号SRとサフィックスで示すのは、各々シフトレジスタ
であり、第４図に示すものと同様である。また、LPF_Mは
声道終端のロスを近似するローパスフィルタであり、γ
_Ｍは声道終端の反射係数である。第５図に示す符号pr
は、演奏者が強制的にシステムに与える力である。この
実施例においては、鍵盤の押圧力に対応した信号prが用
いられる。

第６図に示す係数a,bは、第１図に示すROM4に予め記
憶されており、CPUの制御の下に適宜読み出され、各ジ
ャンクションに供給されるようになっている。ここで、
係数の決定方法について説明する。

始めに、口腔声道形成回路10における係数の決定は、
口腔形状を予測することによって行う。例えば第７図に
示すように、人の発声をマイク30で収録し、この収録波
形を線形予測回路（可変手段）31で処理することにより
フィルタ係数を決定する。この場合、声道および口腔を
フィルタでシミュレートしたときの係数の組を求め、こ
の係数の組をROM4に書き込むようにする。さらに、係数
を決定するに当たっては、演奏方法の多様化に対応する
ために、種々の発音についての係数を求め、これらをま
とめてROM4に書き込むようにする。

ここで、第８図にROM4に書き込まれたフィルタ係数の
具体例を示す。この図に示すように、シミュレートする
口腔声道の形態A,B,C……別に係数の組み合わせが書き
込まれる。

また、管体形成回路12の各ジャンクションにおける係
数は、シミュレートする管体に対応するものが、予めRO
M4に記憶される。

（２）実施例の動作次に、上記構成によるこの実施例の動作について説明
する。

まず、口腔声道形成回路10に供給するための係数を操
作子６を用いて選択する。この操作によって、ROM4内の
係数の組A,B,C………のいずれかが選択される。また、
管体形成回路12用の係数も、操作子６を操作することに
よって選択される。次に、操作者が鍵盤を用いて演奏を
行うと、押下された鍵の押圧力を示す信号が鍵盤１から
CPU3に供給される。これにより、CPU3が信号prを作成し
て楽音合成回路７内の口腔声道形成回路10に供給する
（第５図参照）。また、CPU3は選択された係数の組をRO
M4から読み出して口腔声道形成回路10内の各ジャンクシ
ョンに供給する。口腔声道形成回路10は、供給された係
数に応じたシミュレートを行うとともに、信号prを励振
信号にして楽音信号の形成を開始する。そして、口腔声
道形成回路10、マウスピースシミュレート回路11および
管体形成回路123によって構成されるループ回路によ
り、口腔、声道、マウスピースおよび管体がシミュレー
トされ、このシミュレートの結果として得られた楽音信
号がサウンドシステム８に供給される。これにより、ス
ピーカー９から楽音が発せられる。

上記動作においては、口腔声道形成回路により奏者の
口内や声道などへ伝播する波動についてもシミュレート
されるので、この波動の楽音に与える影響が反映され
る。

（３）変形例なお、上記実施例においては、以下の変形が可能であ
る。

口腔声道形成回路10に与える係数の組を操作子６によ
って選択したが、これに代えて鍵のイニシャルタッチや
アフタータッチによって選択するように構成しても良
い。吹奏楽器の演奏にあっては、演奏者の口腔や声道の
形状は発声する音（これらの音高等は演奏情報である）
に応じて随時変化するものであるから、シミュレートの
態様を固定的に設定するよりも、イニシャルタッチ等に
応じて変化させた方が実際の演奏により近い楽音が発声
される。

また、実施例は鍵盤を用いるタイプの電子楽器の例で
あったが、この発明はマウスピースを用いるタイプの電
子楽器にも適用することができる。この場合において
は、マウスピースをかむ強さ（アンブシュア）に応じて
口腔声道形成回路10への係数を選択するように構成する
ことができる。

実施例において用いたシフトレジスタSRは、RAMによ
って構成してもよく、また、他の遅延手段を用いても良
い。

実施例における発音アルゴリズムに限らず、他のアル
ゴリズム、すなわち、擦弦や打弦に基づく発音アルゴリ
ズムを用いても良い。この場合において、擦弦による場
合は、例えば弓の毛の振動という形で考えることができ
る。

述した実施例は、ハードウエアによって実現された
が、マイクロプログラムあるいはソフトウエアによって
実現しても良い。

口腔声道形成回路10および管体形成回路12に供給する
各係数をキースケーリングしても良い。すなわち、音域
に応じて各係数を予め割り振っておき、演奏された高音
に応じた係数の組を随時選択するように構成しても良
い。

管体形成回路12が高さのあるトーンホールをシミュレ
ートする場合および口腔声道形成回路10において鼻腔等
の枝分かれをも考慮する場合は、第６図に示すジャンク
ションは各々３ポイントジャンクションとなる。

口腔形状を、なるべくなめらかに変化させるために、
A,B,C…の順に少しずつ口腔、声道形状が変化するよう
に、第８図に対応するテーブルを作り、声道が変化した
ことに対応する操作子の値が大きく変化しても、急に目
的の声道形状になるのではなく、補間操作によって途中
のテーブルの値などを用い、徐々に形状を示す値J_1Mの
a,b,J_2Mのa,b…を変化させてもよい。

「発明の効果」以上説明したように、この発明によれば、少なくとも
口腔および声道のいずれか一方の形状をシミュレートす
る第１のウェーブガイドネットワークと、少なくとも吹
奏楽器のマウスピースおよびリードのいずれか一方をシ
ミュレートし、前記第１のウェーブガイドネットワーク
に縦続的に接続される第２のウェーブガイドネットワー
クと、管楽器の管体をシミュレートし、前記第２のウェ
ーブガイドネットワークに縦続的に接続される第３のウ
ェーブガイドネットワークとを具備し、前記第１のウェ
ーブガイドネットワークに励振信号が供給され、前記第
１のウェーブガイドネットワークの出力及び前記第３の
ウェーブガイドネットワークの出力は前記第２のウェー
ブガイドネットワークへ入力され、前記第２のウェーブ
ガイドネットワークは、前記第１及び第３のウェーブガ
イドネットワークの出力を用いて処理を施し、当該処理
の結果を前記第１及び第３のウェーブガイドネットワー
クに出力するようにしたので、各ウェーブガイドネット
ワークの間で相互に信号のやりとりが行われるため、口
腔／声道とマウスピース／リードと管楽器の管体との各
間で相互に影響を与えあうという現象を忠実にシミュレ
ートすることができる。

また、第１のウェーブガイドネットワークの特性が演
奏情報に基づいて可変であるので、種々の楽音的効果を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
２図は同実施例のマウスピースシミュレート回路11の構
成を示すブロック図、第３図はマウスピースシミュレー
ト回路11におけるシミュレート状態を説明するための説
明図、第４図は同実施例の管体形成回路12の構成を示す
ブロック図、第５図は同実施例の口腔声道形成回路10の
構成を示すブロック図、第６図は口腔声道形成回路10お
よび管体形成回路12のジャンクションの構成を示すブロ
ック図、第７図は同実施例において口腔声道形成回路10
用の係数を求めるための構成を示すブロック図、第８図
はROM4内に記憶される係数の組の状態を示す概念図であ
る。 10……口腔声道形成回路（第１のウェーブガイドネット
ワーク）、11……マウスピースシミュレート回路（第２
のウェーブガイドネットワーク）、12……管体形成回路
（第３のウェーブガイドネットワーク）。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも口腔および声道のいずれか一方
の形状をシミュレートする第１のウェーブガイドネット
ワークと、少なくとも吹奏楽器のマウスピースおよびリードのいず
れか一方をシミュレートし、前記第１のウェーブガイド
ネットワークに縦続的に接続される第２のウェーブガイ
ドネットワークと、管楽器の管体をシミュレートし、前記第２のウェーブガ
イドネットワークに縦続的に接続される第３のウェーブ
ガイドネットワークとを具備し、前記第１のウェーブガイドネットワークに励振信号が供
給され、前記第１のウェーブガイドネットワークの出力及び前記
第３のウェーブガイドネットワークの出力は前記第２の
ウェーブガイドネットワークへ入力され、前記第２のウェーブガイドネットワークは、前記第１及
び第３のウェーブガイドネットワークの出力を用いて処
理を施し、当該処理の結果を前記第１及び第３のウェー
ブガイドネットワークに出力することを特徴とする楽音合成装置。
【請求項２】前記第１のウェーブガイドネットワークの
特性を演奏情報に基づいて可変にする可変手段を更に具
備することを特徴とする請求項１記載の楽音合成装置。